一種抑制金屬管道水垢形成的方法與流程
2023-12-05 03:13:21 2
本發明屬於管道防護技術領域，具體涉及一種抑制金屬管道水垢形成的方法。
背景技術：
多年以來，金屬管道的防腐和除垢一直是人們關心的問題。由於地下水或城市自來水中均存在一定量的鈣離子(Ca2+)、碳酸根(CO32-)和碳酸氫根(HCO3-)離子等，當外界環境發生變化時(比如溫度升高)，上述離子在水中的平衡將被打破並發生如下反應：
Ca2++2HCO3-→Ca(HCO3)2 (1)
Ca(HCO3)2→CaCO3↓+CO2↑+H2O (2)
Ca2++CO32-→CaCO3↓ (3)
由於反應(1)(2)(3)均為放熱反應，因此，隨著溫度的升高，反應向右側進行，從而生成碳酸鈣沉澱。碳酸鈣隨著水體系在金屬管道內流動時，不斷與管道內壁摩擦與碰撞，最終由於靜電吸引而與金屬管道內壁粘連在一起形成水垢。
常規的去除水垢的方法有化學法和物理法兩種。化學方法是用可以與水垢發生化學反應的除垢試劑衝洗輸水管道，使水垢生成可溶於水的鹽類，進而被水流衝走。化學除垢方法雖然能夠有效地解決水垢問題，但需消耗大量的化學藥品，這不僅浪費了大量的人力物力，而且殘餘的化學藥品對環境造成了嚴重的汙染。物理阻垢方法主要有磁化處理法、高壓靜電場處理法、超聲波處理法、交變電場處理法等。相對於化學法來說，這些方法具有使用方便、無汙染等優點，但能量消耗依然較大。
專利ZL 02806631.6將水溶性或者水分散性聚合物加入到需處理的水體系中，從而去除在金屬內壁上的水垢；專利ZL201280027371.8通過誘導碳酸鈣形成比較容易去除的「紋石」晶型而非難以去除的方解石晶型，專利ZL201280037029.1通過對金屬材料表面進行改性，從而抑制碳酸鈣水垢在金屬材料內壁的附著。然而，這些專利所採用的方法均存在著某些缺點，比如專利ZL 02806631.6隻能去除已經存在的水垢而並不能抑制水垢在金屬材料內壁上的再生，而專利ZL201280027371.8、專利ZL201280037029.1具有成本高、難以實施等缺點。
為了有效且經濟實用地抑制水垢在金屬管道內壁上的形成，本發明提出了利用顆粒與金屬管內壁間相互作用靜電力來抑制水垢形成的技術方案。
技術實現要素：
碳酸鈣顆粒隨著水流不斷地流動而與金屬管道內壁頻繁地接觸或分離。當碳酸鈣顆粒與管道內壁的靜電吸引力大於由於水流而造成的剪切力時，碳酸鈣顆粒便將附著在金屬管道內壁上而不再隨水流運動。基於此，本發明根據金屬管道內表面及碳酸鈣顆粒的帶電特性，通過使用導電材料將金屬表面與大地或者電勢為零的部件相連接，使金屬管道內表面的電勢為零，減少金屬管道內表面與碳酸鈣顆粒之間的靜電吸引力，消除碳酸鈣顆粒通過電荷的不同而在金屬管道內表面的附著，從而抑制金屬管道水垢的形成。
本發明的方法是：將導電材料的一端與流經水的金屬管道相連，將導電材料的另一端與大地或電勢為零的部件相連；所述金屬管道是由鑄鐵管、不鏽鋼管、鍍鋅鐵管中的一種製成；所述導電材料是鐵、鉬、銅、鉑、銀、鎢材料中的至少一種。
本發明的效果如下：
(1)抑制金屬管道內壁水垢形成的效果明顯：通過導電材料將輸水金屬管道與大地或電勢為零的部件相連，使得輸水金屬管道內壁上的電勢為零，從而減少了金屬管道內壁與碳酸鈣顆粒間的靜電吸引力，從而有效的抑制了水垢的形成。
(2)抑制金屬管道內壁水垢形成的方法簡單方便：只需通過導電材料將輸水金屬管道與大地或電勢為零的部件相連，無需在水中加入任何試劑或對管道材料表面進行改性處理，亦無需對其施加額外的能量，因此是一種非常簡單方便、節能環保的方法。
附圖說明
結合附圖說明，本發明的優勢將更加明顯，在附圖中：
圖1是表示在具體實施方案過程中的試驗方案圖，圖中1為循環泵、2為流量計、3為進水閥、4為被測金屬管、5為管道、6為蓄水桶、7為出水閥、8為導電材料、9為接地點；
圖2是表示不接地情況下金屬管道結垢的掃描電鏡照片；
圖3是表示接地處理後金屬管道結垢的掃描電鏡照片。
具體實施方式
本發明以模擬的方式進行實施，其模擬實施裝置如圖1所示：導電材料(8)的一端與被測金屬管(4)相連接，另一端與接地點(9)相連接；管道(5)依次將蓄水桶(6)、循環泵(1)、流量計(2)、進水閥(3)、被測金屬管(4)、出水閥(7)串聯成一個迴路，其中，金屬管為鍍鋅鐵管，長500mm，內徑和外徑分別為40mm和36mm。模擬時將20L自來水以及5.55g氯化鈣(CaCl2)和5.30g碳酸鈉(Na2CO3)依次加入到此循環系統中，打開進水閥(3)和出水閥(7)，讓模擬實施裝置中的模擬水溶液以5L/min的流速循環10天。
水溶液循環過程中在管道內將發生如下反應：
CaCl2+Na2CO3＝CaCO3↓+2NaCl
循環10天後，將金屬管從模擬實施裝置中取下，切開其中部，利用掃描電鏡觀察其橫截面水垢的附著情況。其結果表明，未採用本發明方法的金屬管道的水垢附著厚度約為118μm，而採用本發明方法，即，將金屬管道接地後的水垢附著厚度則減小為50μm。
可見，採用本發明方法，可以使金屬管道的水垢附著厚度減少58％左右，抑制金屬管道水垢形成效果顯著。